Die Autoren möchten sich Marlijn Jansen, Joyce Visser, und Martijn van Nieuwburg für ihre Unterstützung bei den Tierversuchen danken. Wir erkennen an stark Martijn Froeling und Anke Wassink für ihre Unterstützung bei der MRI-Bildgebung.

Das In - vivo - Experiment wurde in Übereinstimmung mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren , hergestellt durch das Institut für Labortierforschung durchgeführt. Das Experiment wurde von dem örtlichen Tierversuchen Committee genehmigt. 1. Herstellung von injizierbaren und Embedding-Lösung <ol><li> Bereiten Sie die injizierbaren Gels. <ol><li> Bereiten 1 ml ureido-pyrimidinon (UPy) Gel gemäß zuvor beschriebenen Protokolle 12, 13. </li><li> Hinzufügen superparamagnetische Eisenoxidteilchen (SPIOs) zu der Lösung mit einer Konzentration von 15 ug / ml zu erhalten, und rührt das Gemisch 5 min zur gleichmäßigen Verteilung. </li><li> Fügen Sie die fluoreszierenden Mikrokugeln zu der Lösung mit einer Konzentration von 10.000 Perlen / ml zu erhalten und rühren Sie die Mischung für 5 min zur gleichmäßigen Verteilung. </li><li> Lagern Sie die resultierende Mischung bei Raumtemperatur in einer dunklen Umgebung. Warm und Wirbel oder rühren ter Lösung kurz vor der Injektion. </li></ol></li><li> Bereiten Sie die Einbettungslösung. <ol><li> Beginnen mit Leitungswasser bei Raumtemperatur und füge Agarose (Agar) in einer Konzentration von 4 Gew%. </li><li> die Lösung bis zum Siedepunkt, einen Mikrowellenherd und rühren häufig während der Erwärmung unter Verwendung langsam erwärmen. Nach dem Siedepunkt, Geschäft zu erreichen und halten Sie die Agar-Lösung über 70 ° C für 2 Stunden, damit eingeschlossene Luft an der Oberfläche. </li><li> Lassen Sie den Agar auf eine Temperatur, bei Raumtemperatur abkühlen, zwischen 50 und 60 ° C bis zum Zeitpunkt des Einbettens. </li></ol></li></ol> 2. Injektionsverfahren <ol><li> Führen Prämedikation (anti-arrhythmischen Mittel, Anti-Thrombozyten - Therapie und Schmerzmittel), Anästhesie, venösen Zugang und Intubation, wie zuvor beschrieben 14. </li><li> Führen Injektionen eine intramyokardialer Injektionskatheter (Table of Materials) verwendet wird . Für jede Injektion 0.2 ml des Gemisches wird in einem Bolus mit einer konstanten Rate von etwa 0,3 ml / min unter Verwendung einer Einspritzvorrichtung eingespritzt wird. Legen Sie die Injektionen an verschiedenen Positionen entlang der IBZ 12. </li><li> Administrieren 0,2 ml / kg (1,0 mmol / ml) eine Gadolinium-Kontrastmittel 15 min vor dem Tier euthanizing. </li><li> Administrieren 20 ml 7,5% Kaliumchlorid intravenös das Tier euthanize. </li><li> Sichere mediastinal Zugang folgendes Protokoll Schritte 8,2-8,3, wie Koudstaal et al. 14. Schneiden Sie die minderwertige Hohlvene 5 cm vom rechten Vorhof und entfernen Sie mit einer Saugvorrichtung ausströmendes Blut. Auszuschneiden das Herz und spülen Sie es mit 0,9% Salzlösung bei Raumtemperatur. </li></ol> 3. Embedding Verfahren <ol><li> Bereiten Sie das Herz. <ol><li> Entfernen Sie den Herzbeutel aus dem Herzen, während die Vorhöfe zu halten und Ventrikel intakt. Präparieren der Aorta ascendens ± 1 cm oberhalb der Aortenklappe unter Verwendung von KlinkenbergSchere. Schneiden Sie die minderwertige Hohlvene ± 1 cm vom Atrium, und das gleiche für die Lungenvenen. </li><li> Vernähen die Spitze des Herzens an der Unterseite eines Kunststoffeinbettungsbehälter (17 x 15 x 15 cm, B x D x H) unter Verwendung einer 2-0 Naht Flotation des Herzens während der Einbettung (1A) zu verhindern. </li><li> Vernähen den verbleibenden Teil der Aorta zu den Rand des Behälters 2-0 verwenden, um sicherzustellen , dass das Herz zentriert ist und nicht zu berühren die Wände des Behälters (1B). </li></ol></li></ol><img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54974/54974fig1.jpg" /> Abbildung 1: Schematische Übersicht und Fotografie des Embedding Container. (A) Schematische Darstellung des Einbettungsprozesses. Das Herz (rot) in dem Behälter (blau) gesichert mit Nähten. Nachdem das Herz mit der Agar-Lösung füllt, wird der Raum um das Herz gefüllt. Endlich,zwei starre Kunststoffrohre (gelb) in dem Behälter positioniert ist, neben, aber nicht das Herz zu berühren, als Referenz während Bildregistrierung zu dienen. (B) Fotografisches Bild eines Herzens in dem Einbettungs Behälter befestigt. Die Nähte werden an den Rand des Behälters festgeklemmt Moskitoschellen. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54974/54974fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54974/54974fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <ol start="2"><li> Einbetten das Herz in einem enddiastolischen förmige Geometrie. HINWEIS: Die Verhinderung von Luftblasenbildung notwendig ist. Wenn große vorhandene Luft in den Agarlösung Blasen, hält den Agar bei 40 ° C, so dass die Luftblasen an der Oberfläche. <ol><li> Klemmen Sie die untere Hohlvene Moskitoschellen. injiziert die Flüssigkeit langsam Agar mit 50-ml-Spritze in dem rechten Vorhof über die obere Hohlvene verwendet, bis sowohl das rechte Atrium und Ventrikel vollständig gefüllt sind. </li><li> Klemmen Sie die Lungenvenen mit Mosquito Klemmen. passieren sanft ein Agar gefüllten 50-ml-Spritze retrograd durch die Aortenklappen. Langsam injizieren sind, um die Lösung in den linken Ventrikel (LV), bis der LV und dem linken Vorhof vollständig gefüllt ist. Nach der LV Füllung, klemmen die Aorta des Agar in der LV zu halten. </li><li> Gießen Sie die restliche Agar in den Behälter, bis das Herz vollständig bedeckt ist. Platzieren zwei starre Kunststoffrohre innerhalb des Einbettungsbehälter als Referenzstrukturen für eine spätere Bildregistrierung (1A) zu dienen. Achten Sie darauf, die Rohre nicht die Wände des Behälters berühren oder das Herz. </li><li> Lassen Sie das Agar bei 2 erstarren - 7 ° C. </li></ol></li></ol> 4. Image Acquisition <ol><li> Führen Quer ex vivo MRT - Aufnahmen des Herzens , die in dem Behälter eingebettet ist. <ol><li> Stellen Sie den Behälter mit dem eingebetteten Herz im Inneren einer Kopfspule (Table of Materials). </li><li> Angulate die Scheiben auf den Boden des Behälters parallel ist. Benutzendie gleiche Ausrichtung und Angula in jeder ex vivo MRI - Sequenz. </li><li> Zur Visualisierungen Myokard, führen eine fluide abgeschwächte inverse Recovery (FLAIR) -Sequenz mit den folgenden Parametern: Wiederholzeit [TR] / Echozeit [TE] = 10 s / 140 ms, Flipwinkel = 90 °, Pixelgrße = 0,5 x 0,5 mm, Sehfeld [FOV] = 169 x 169 mm, 320 x 320 Matrix und 3 mm Schichtdicke. </li><li> Um den Myokardinfarkt zu visualisieren, führt ein late-Gadolinium verstärkt (LGE) -Sequenz mit folgenden Parametern: [TR] / [TE] = 5,53 ms / 1,69 ms, Flipwinkel = 25 °, Pixelgrße = 1,0 x 1,0 mm, [ FOV] = 169 x 169 mm, 176 x 176 Matrix und 3 mm Schichtdicke. </li><li> Zur Visualisierung SPIOs, führen Sie einen T2 * -gewichteten Gradientenecho-Sequenz mit den folgenden Parametern: [TR] / [TE] = 88,7 ms / 15 gleichmäßig verteilt TEs mit einem Bereich von 1,9 bis 24,6 ms, Flipwinkel = 15 °, Pixel size = 0,5 x 0,5 mm, [FOV] = 169 x 169 mm, 320 x 320 Matrix und 3 mm Schichtdicke. </li></ol></li><li> Gewebe Vorarbsingen <ol><li> Drehen Sie den Behälter auf den Kopf und damit die Luft zwischen dem Agar und den Seiten des Behälters der festen Agar-Lösung, einschließlich des Herzens zu entfernen, aus dem Behälter. Entfernen Sie die Kunststoffstäbe aus dem festen Agar. </li><li> Abschnitt des Agar-Block das Herz in 5-mm-Scheiben von der Spitze zur Basis des Herzens unter Verwendung einer Schneidemaschine enthält. Halten Sie die Abwinkelung der geschnittenen Scheiben der gleichen wie in den aufgenommenen MR-Bildern, die durch die parallel zu dem Boden des Agarblock schneiden. </li><li> Beflecken den Agar Scheiben (einschließlich des Herzens) für 15 min in 1 Gew% 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) bei 37 ° C in 0,9% Kochsalzlösung gelöst, und fotografieren die Scheiben auf beiden Seiten von einer senkrechten Ansicht (Fig 2A). Als nächstes sorgfältig die Scheiben in 0,9% Kochsalzlösung spülen. HINWEIS: In dieser Studie verwendeten wir eine dSLR Setup mit einem entsprechenden Objektiv / Objektiv, ein Stativ und eine gleichmäßige Beleuchtung. Allerdings dienten die Fotos nur als Kontrolle für die Beurteilung der Narbe Region,so hätten wir eine andere Einstellung verwendet. </li></ol></li><li> Fluoreszenz-Imaging HINWEIS: In Abhängigkeit von den Anregungs- und Emissionswellenlängen der fluoreszierenden Mikrokugeln, wählen Sie den entsprechenden Filterblock und Anregungslaser ( zum Beispiel der roten Microbeads hier haben Anregungs- und Emissionswellenlängen von 580 nm und 605 nm, jeweils verwendet, weshalb der Laser ausgewählten Anregungs und Bandpaß-Filter wurden auf 532 nm eingestellt, 580/30 und 610/30 nm nm, jeweils). <ol><li> Wählen Sie Fluoreszenz-Mode-Bildgebung auf dem variabler Modus Scanner. Stellen Sie die Photovervielfacherröhre auf 430 V oder gleichwertig und die Pixelgröße zu 100 x 100 um. Wählen eines Anregungslaser (532 nm) am nächsten zu der Anregungswellenlänge der fluoreszierenden Mikroperlen. </li><li> Für den ersten Filterblock, wählen Sie einen Bandpassfilter (580/30 nm), die mit der Emissionswellenlänge der injizierten Fluoreszenzkügelchen (Kanal 1) überlappt. Wählen eines Bandpaßfilters zum zweiten Filterblock (610/30) außerhalb der eMission Wellenlänge (Kanal 2). HINWEIS: Der zweite Filterblock als negative Kontrolle dient und Autofluoreszenz zu entfernen, während der Injektionsstellen intakt zu halten. </li><li> Abtasten beide Seiten des Agars Scheiben im Fluoreszenzmodus des variablen Modus-Laserscanner mit den beiden Kanälen. Stellen Sie sicher, dass jede Scheibe vollständig abgetastet wird, einschließlich der Bezugslöcher. </li></ol></li></ol> 5. Nachverarbeitung HINWEIS: Der erste Schritt bei der Bildnachbearbeitung ist die manuelle Segmentierung des Myokards in-house entwickelte Skripte mit der Endo- und epikardialen Grenzen zu verfolgen, sowie die Injektionsstellen. Dies ist das gleiche für beide MRI und Fluoreszenz-Scans. <ol><li> Segment des Myokard in dem MRI-Scans. <ol><li> Segment der endokardialen und epikardialen LV grenzt an die FLAIR-MRT Sequenzbildern. </li><li> Kopieren der LV Segmentierung von Schritt 5.1.1 auf den LGE-MRI-Datensatz und das Segment die Narbe auf der LGE MRI Sequenz. </li><li> Kopieren den Myokards Segmentierung von Schritt 5.1.1 auf den T2 * -gewichteten Daten-Set und das Segment der SPIO Abscheidungen im LV Myokard. </li></ol></li><li> Die Fluoreszenzbilder verarbeiten und führen Segmentierungen. <ol><li> Laden Sie die Dateien aus dem variablen Modus Scanner erhalten und ein separates Bild jeder Querschnittsherzscheibe machen. </li><li> Flip die Scheiben, die in der Basis abgetastet wurden Orientierung Apex und sortieren die Fluoreszenzbilder zu einem Stapel für beide Kanäle, die von der Spitze zur Basis ausgerichtet ist. </li><li> Segment der endokardialen und epikardialen LV grenzt an die Fluoreszenzbilder. </li><li> Segment die Narbe manuell auf die Fluoreszenzbilder und verwenden Sie die LGE-MRT-Untersuchung und die Fotos Narbe Morphologie zu bestätigen. </li><li> Subtrahiert den Bildstapel von Kanal 2 aus dem Bildstapel von Kanal 1 zu Autofluoreszenz auszuschließen. Manuell Segment der fluoreszierenden Mikroperlen-Abscheidungen und verwenden, um die T2 * Bilder zur Bestätigung. </li></ol></li><li> Erschaffeneine anatomisch korrekte 3D-Geometrie, eine starre Ausrichtung der Scheiben in dem Bildstapel durchzuführen, basierend auf den Referenzstrukturen (die durch die starren Rohre geschaffen Löcher). Berechnen und speichern, die angewandt Translation und Rotation für jedes Bild. </li><li> Wenden Sie die gespeicherten Transformationen auf die Bildstapeln und den Segmentierungen. interpoliert linear die Segmentierungen von beiden Seiten der Scheiben des ursprünglichen Schichtdicke zu rekonstruieren und ein 3D-Modell der Daten zu erstellen. </li></ol> 6. Analyse <ol><li> Führen Sie 2D- und / oder 3D-Messungen des Abstandes zwischen den Zentren der Injektionsstellen und den IBZ der Injektionsgenauigkeit zu beurteilen. Messen Sie den Abstand entlang der Endokardgrenze der LV Segmentierung. In 2C und 2F ist ein Beispiel für die 2D- und 3D - Messungen wird durch die rote Linie angezeigt. </li></ol>

<ol>
	<li>Nowbar, A. N., Howard, J. P., Ja Finegold, ., Asaria, P., Francis, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2014+global+geographic+analysis+of+mortality+from+ischaemic+heart+disease+by+country,+age+and+income:+statistics+from+World+Health+Organisation+and+United+Nations.">2014 global geographic analysis of mortality from ischaemic heart disease by country, age and income: statistics from World Health Organisation and United Nations.</a> Int J Cardiol. 174 (2), 293-298 (2014).</li><li>Kannel, W. B., Belanger, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidemiology+of+heart+failure.">Epidemiology of heart failure.</a> Am Heart J. 121 (3), 951-957 (1991).</li><li>Ib&#225;&#241;ez, B., Heusch, G., Ovize, M., Van De Werf, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolving+therapies+for+myocardial+ischemia/reperfusion+injury.">Evolving therapies for myocardial ischemia/reperfusion injury.</a> J Am Coll Cardiol. 65 (14), 1454-1471 (2015).</li><li>Bartunek, J., Vanderheyden, M., Hill, J., Terzic, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cells+as+biologics+for+cardiac+repair+in+ischaemic+heart+failure.">Cells as biologics for cardiac repair in ischaemic heart failure.</a> Heart. 96 (10), 792-800 (2010).</li><li>Orlic, D., Kajstura, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+marrow+cells+regenerate+infarcted+myocardium.">Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium.</a> Nature. 410 (6829), 701-705 (2001).</li><li>Nguyen, P. K., Lan, F., Wang, Y., Wu, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging:+Guiding+the+Clinical+Translation+of+Cardiac+Stem+Cell+Therapy.">Imaging: Guiding the Clinical Translation of Cardiac Stem Cell Therapy.</a> Circ Res. 109 (8), 962-979 (2011).</li><li>Psaltis, P. J., Worthley, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endoventricular+electromechanical+mapping-the+diagnostic+and+therapeutic+utility+of+the+NOGA+XP+Cardiac+Navigation+System.">Endoventricular electromechanical mapping-the diagnostic and therapeutic utility of the NOGA XP Cardiac Navigation System.</a> J Cardiovasc Transl Res. 2 (1), 48-62 (2009).</li><li>Tomkowiak, M. T., Klein, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+transendocardial+therapeutic+delivery+guided+by+MRI-x-ray+image+fusion.">Targeted transendocardial therapeutic delivery guided by MRI-x-ray image fusion.</a> Catheter Cardiovasc Interv. 78 (3), 468-478 (2011).</li><li>Dauwe, D. F., Nuyens, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+rotational+angiography+fused+with+multimodal+imaging+modalities+for+targeted+endomyocardial+injections+in+the+ischaemic+heart.">Three-dimensional rotational angiography fused with multimodal imaging modalities for targeted endomyocardial injections in the ischaemic heart.</a> Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 15 (8), 900-907 (2014).</li><li>van Slochteren, F. J., van Es, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimodality+infarct+identification+for+optimal+image-guided+intramyocardial+cell+injections.">Multimodality infarct identification for optimal image-guided intramyocardial cell injections.</a> Neth Heart J. 22 (11), 493-500 (2014).</li><li>van Slochteren, F. J., van Es, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three+dimensional+fusion+of+electromechanical+mapping+and+magnetic+resonance+imaging+for+real-time+navigation+of+intramyocardial+cell+injections+in+a+porcine+model+of+chronic+myocardial+infarction.">Three dimensional fusion of electromechanical mapping and magnetic resonance imaging for real-time navigation of intramyocardial cell injections in a porcine model of chronic myocardial infarction.</a> Int J Cardiovasc Imaging. 32 (5), 833-843 (2016).</li><li>Pape, a. C. H., Bakker, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Injectable+and+Drug-loaded+Supramolecular+Hydrogel+for+Local+Catheter+Injection+into+the+Pig+Heart.">An Injectable and Drug-loaded Supramolecular Hydrogel for Local Catheter Injection into the Pig Heart.</a> J Vis Exp. (100), (2015).</li><li>Bastings, M. M. C., Koudstaal, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fast+pH-switchable+and+self-healing+supramolecular+hydrogel+carrier+for+guided,+local+catheter+injection+in+the+infarcted+myocardium.">A fast pH-switchable and self-healing supramolecular hydrogel carrier for guided, local catheter injection in the infarcted myocardium.</a> Adv Healthc Mater. 3 (1), 70-78 (2014).</li><li>Koudstaal, S., Jansen of Lorkeers, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myocardial+infarction+and+functional+outcome+assessment+in+pigs.">Myocardial infarction and functional outcome assessment in pigs.</a> J. Vis. Exp. (86), (2014).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Whole-heart 3D Myokardgewebe Verarbeitung gemäß diesem Protokoll stellt ein strukturiertes Verfahren, das die 3D-Analyse des Infarkts ermöglicht, die IBZ, und die durchgeführten Injektionen in Bezug auf die Herzanatomie. Das Füllvolumen des Herzens hängt von der gewünschten Analyse. In dieser Studie wurden die Injektionsgenauigkeit beurteilen zu können, war es unser Ziel, das Herz ähneln der enddiastolischen Geometrie so nah wie möglich zu füllen. Zur Durchsetzung dieser wird der LV-Apex zum Boden des Behälters befestigt und der LV ist mit Agar gefüllt, während die Lungenvenen festgeklemmt sind. Wenn der LV gefüllt ist, wird die Aorta als auch gespannt, von dem Agar zu verhindern aus dem LV fließt und die enddiastolische Geometrie so eng wie möglich zu imitieren. Das eingebettete Herz Sectioning bietet den Vorteil einer gleichmäßigen Schichtdicke und ermöglicht , dass die Scheiben in dem gleichen Winke wie in ex - vivo - Bildgebung zu sein. Nach dem Schneiden verhindert das Einbettungsmaterial in dem Gewebe vor Verformung durch die verursachtenHandhabung der Scheiben während der Bildaufnahme. Idealerweise sollte die TTC-Färbung so schnell wie möglich durchgeführt wird, nach der Entfernung aus dem Körper, wie die Anfärbung auf Enzyme beruht zwischen metabolisch aktiv und -inactive Geweben zu unterscheiden. In unserem Protokoll, gibt es jedoch einige wichtige Schritte, die vor der TTC-Färbung durchgeführt werden müssen stattfinden kann, einschließlich des Einbettungsprozesses, in dem das eingebettete Herz gekühlt wird, um das Agar zu verfestigen. Da wir klare Färbung des Infarktgewebe in allen Scheiben beobachtet haben, sind wir der Meinung, dass dieser Effekt minimal war. Die Abbildungsausrüstung hier verwendet wird, kann durch verschiedene Geräte ersetzt werden, die die gleiche Funktionalität zur Verfügung stellen. Hochauflösendes Fluoreszenzabbildung auf einem variablen Modus-Laserscanner und die Möglichkeit, mehrere Filterblocks gesetzt, um effektiv und genau das Gewebe zu verarbeiten ist wesentlich für eine detaillierte Analyse. Für Bildnachbearbeitung, Softwarepakete, mit denen die volle Freiheit perform Bildanalyse erforderlich. Nach unserer Erfahrung wurde 3D-Analyse für die Beurteilung der Einspritzgenauigkeit verwendet, aber die Analyse auf den 2D-Bildern ist möglich. Bisher haben wir diese Methode in 10 Schweinen Myokardgewebe Verarbeitung durchgeführt und konnten von 118 durchgeführten Injektionen in insgesamt 73% der Injektionsstelle finden. Die Differenz zwischen der Menge von Injektionen durchgeführt und die Menge an Injektionsstellen identifiziert möglicherweise durch die Differenz zwischen dem 5-mm Schichtdicke und dem 1,5-mmm Eindringtiefe des Fluoreszenzscanners verursacht. Theoretisch ist 2 mm von Geweben nicht in jeder Schicht gemessen. Dünnere Scheiben würde dieses Problem lösen. Einschränkungen Trotz der enddiastolischen förmige Geometrie zu Beginn des Einbettungsprozesses, erschienen einige Herzen ein wenig in der Agar zusammengezogen zu haben. Da wir keine großen Abweichungen von der enddiastolische Volumen beobachtet, glauben wir, dassDieser Effekt war minimal und hatte keinen Einfluss auf die Injektionsgenauigkeit Beurteilung. Dünnere Gewebeschnitten unter Verwendung würde die Genauigkeit der Beurteilung verbessern und für einen Vergleich mit dem Ex - vivo - MRT ermöglichen. Eine andere Möglichkeit wäre NIRF Mittel zu verwenden, anstelle von fluoreszierenden Mikrokugeln, die Eindringtiefe zu verbessern und möglicherweise detektierten Fraktion. Darüber hinaus ist die niedrige Temperatur des eingebetteten Herzens und der Zeitpunkt der TTC-Färbung könnten einen Mangel an Enzymen verursachen, die für diese Art der Färbung notwendig sind. Dennoch erwiesen sich die Fotos von den gefärbten Scheiben eine gute Kontrolle für Narbe Beurteilung sein. Zukunftsperspektiven Obwohl diese Methode ursprünglich für Genauigkeit Einschätzungen intramyokardialer Injektionen entwickelt wurde, Studien mit anderen Endpunkten können auch von dieser Methode profitieren (zB Infarktgröße, Morphologie Beurteilung oder andere Organe). Neben MRT, andere 3D-Bildgebungsverfahren wie CT,PET oder SPECT, kann auf dem Myokardgewebe nach der Methode nachgewiesen werden. Darüber hinaus könnte die Integration dieser verschiedenen Bildgebungsmodalitäten optimieren möglicherweise weiter die 2D- und 3D-Analysen. Schlussfolgerung Zum Schluss haben wir eine neue, standardisierte und reproduzierbare Methode zur Durchführung 3D Ganz Herz Herzmuskelgewebes Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Agar hat sich für das Ganzherz Einbettung ein geeignetes Medium sein, um das Gewebe ermöglicht, in der gewünschten Abwinkelung wird in Scheiben geschnitten und mit gleicher Dicke. Darüber hinaus erwies sich die Bildregistrierung denkbar, dass die 3D-Rekonstruktion der myokardialen Bildgebung, 3D-Beurteilung bei einer hohen räumlichen Auflösung ermöglichen, die verwendet werden können für die qualitative und quantitative Studie soll.

Ischämische Herzkrankheit hat die führende Todesursache weltweit seit den letzten Jahrzehnten ein. Akute Behandlung nach Myokardinfarkt zielt darauf ab , den Blutfluss zum Herzmuskel über perkutane koronare Intervention oder koronaren Bypass - Operation wiederherzustellen. In schweren Infarkten ist ein großer Bereich des Herzmuskels vernarbt, und diese Fälle führen oft bei ischämischen Herzinsuffizienz (HF) 2. Aktuelle Behandlungsmöglichkeiten für HF-Konzentration auf die Prävention und die Erhaltung der Herzfunktion für die HF-Patienten, aber nicht auf die Regeneration. Im letzten Jahrzehnt haben Herz regenerative Therapien als Behandlungsoption für HF 3 untersucht worden. Diese Therapie zielt darauf ab , biologische Präparate, wie Stammzellen oder Wachstumsfaktoren zu liefern, direkt auf den verletzten Myokard Revaskularisation, Kardiomyozyten Schutz, Differenzierung zu induzieren, und das Wachstum 4. für eine optimaletherapeutische Wirkung, wird die Hypothese aufgestellt , dass die biologischen in der Infarkt Grenzzone (IBZ) injiziert werden , muß gute Gewebeperfusion für das Überleben der biologischen und für eine optimale Wirkung auf die Zielzone 5, 6 zu erleichtern. Mehrere Techniken wurden Identifizierung und Visualisierung der IBZ auszuführen entwickelt intramyokardialen Injektionen Führung 7, 8, 9, 10, 11. Neben der Identifizierung und Visualisierung des IBZ beruht die Lieferung auch auf den Biomaterialien und Injektionskathetern verwendet. Um die Einspritzgenauigkeit der Abgabetechniken, ist eine genaue und reproduzierbare Quantifizierungsmethode Validierung erforderlich ist. Wir haben ein Protokoll für die Ganz Herz Herzmuskelgewebe Verarbeitung entwickelt, die zweidimensionale (2D) bietet und drei-dimensional (3D) Bildgebung, die für die qualitative und quantitative Studie verwendet werden können soll. Das Protokoll umfasst den Einbettungsprozeß und die digitale Bildanalyse. In diesem Beitrag zeigen wir ein Protokoll für die Beurteilung der Zielgenauigkeit intramyokardialer Injektionen im IBZ in einem großen Schweinemodell des chronischen Myokardinfarkt.

<table><tbody><tr><td>0.9% Saline</td><td>Braun</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Roche Diagnostics</td><td></td><td>Scientific grade multipurpose agar</td></tr><tr><td>Biomolecular fluorescence scanner Typhoon 9410&amp;nbsp;</td><td>GE Healthcare</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Embedding container</td><td></td><td></td><td>Plastic, dimensions 17 x 14.5 x 14 cm</td></tr><tr><td>FluoSpheres Polystyrene Microspheres</td><td>Invitrogen</td><td>F8834</td><td>red, 10 &amp;micro;m</td></tr><tr><td>Gadolinium</td><td>Gadovist</td><td></td><td>1.0 mmol/mL</td></tr><tr><td>dS 32 channel head coil</td><td>Philips</td><td></td><td>Or similar</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td></td><td>To insure compatability 2015a or newer</td></tr><tr><td>Meat slicer</td><td>Berkel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Myostar injection catheter</td><td>Biosense Webster</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Super paramagnetic iron oxide particles</td><td>Sinerem</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Triphenyl-tetrazolium chloride</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UPy-PEG10k</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vicryl 2-0</td><td>Ethicon</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

3d whole-heart myocardial tissue analysis

Cardiac regenerative Therapien zielen darauf ab, die verletzten Herzen bei Patienten mit ischämischer Herzkrankheit zu schützen und zu reparieren. Durch die Injektion von Stammzellen oder andere Biologika, die Angio- oder Vaskulogenese in die Infarkt Grenzzone (IBZ), Gewebeperfusion verbessert und das Myokard verbessern kann vor weiteren Schäden geschützt werden. Für eine maximale therapeutische Wirkung, wird angenommen, dass die regenerative Substanz am besten auf die IBZ geliefert wird. Dies erfordert eine genaue Injektionen und hat zur Entwicklung neuer Injektionstechniken geführt. Um diese neuen Techniken zu validieren, haben wir ein Validierungsprotokoll entwickelt, basierend auf Myokardgewebe Analyse. Dieses Protokoll umfasst Ganz Herz Herzmuskelgewebes Verarbeitung, die detaillierten zweidimensionalen (2D) ermöglicht und dreidimensionale (3D) Analyse der Herzanatomie und intramyokardialer Injektionen. In einem Schwein wurde Myokardinfarkt durch eine 90-min Okklusion der linken vorderen absteigenden Koronararterie erstellt. Vier Wochen später ein mixture eines Hydrogels mit superparamagnetischen Eisenoxidteilchen (SPIOs) und fluoreszierenden Kügelchen wurden in der IBZ mit einem minimal-invasiven Ansatz endokardialen injizieren. 1 h nach der Injektion wurde das Schwein getötet und das Herz wurde in Agarose (Agar) ausgeschnitten und eingebettet. Nach dem Erstarren des Agars, Magnetresonanztomographie (MRI), Aufschneiden des Herzens, und die Fluoreszenz-Bildgebung durchgeführt. Nach Bildnachverarbeitung wurde 3D-Analyse durchgeführt, die IBZ Zielgenauigkeit zu beurteilen. Dieses Protokoll stellt ein strukturiertes und reproduzierbares Verfahren für die Beurteilung der Zielgenauigkeit der intramyokardialen Injektion in den IBZ. Das Protokoll kann leicht verwendet werden, wenn die Verarbeitung von Narbengewebe und / oder Validierung der Injektionsgenauigkeit des ganzen Herzens erwünscht ist.

Gewebeein Durch die Einbettung, eine enddiastolische förmige Geometrie hergestellt wurde. Der Agar erfolgreich an das Herzgewebe eingehalten, um das Gewebe ermöglicht , in der gewünschten Abwinkelung mit gleichen Schichtdicken (2A und 2C) wird in Scheiben geschnitten. Beurteilung Narben und die Injektionsstelle Für jede Bildgebungsmodalität, Infarkt und Eindüsestelle Bewertungen wurden erfolgreich durchgeführt. In beide 2D - Fluoreszenz - Bildgebung und MRT - Bildgebung, die Narbe und Injektionsstellen waren deutlich verschieden (2C, 2D und 2E, beziehungsweise). Fotografien der TTC-gefärbten Gewebe und LGE-MRI - Bilder , eine Steuerung zur Narbenbeurteilung in Fluoreszenz - Bildgebung liefern (Fig2A und 2C). 3D-Rekonstruktion Die Referenzmarken bieten ein genaues und zuverlässiges Verfahren zur Bildregistrierung. Bildnachverarbeitung ermöglicht die Rekonstruktion der 3D - Geometrie des Ex - vivo - Herz auf der Grundlage der Segmentierungen und die Fluoreszenzbilder des Herzens (2F). Die 3D - Geometrie der Segmentierungen ermöglicht eine genaue 3D - Injektion Genauigkeit Beurteilung (2F). Messungen In dieser Studie wurden die Injektions Ablagerungen und IBZ auf der endokardialen Wand projiziert. Danach wurden die Abstände zwischen den Vorsprüngen an der endokardialen Oberfläche gemessen (2C und 2F). Das hochauflösende (0,1 x 0,1 mm) Fluoreszenzbildergenaue Messungen erlaubt. In der 3D-Rekonstruktion, die Auflösung in der z-Richtung aufgrund der Schichtdicke betrug 2,5 mm. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54974/54974fig2.jpg" /> Abbildung 2: Typische Ex - vivo - Bildgebung Daten und 3D - Rekonstruktion. Die resultierenden Bilder von den verschiedenen Modalitäten in diesem Protokoll verwendet erworben. Alle Bilder zeigen die gleiche Quer Scheibe des eingebetteten Herzen. (A) Fotografie der TTC-gefärbte Scheibe , in der die Narbe ist sichtbar. (B) Schematische Darstellung der anatomischen Strukturen. (C) Fluoreszenzbild mit beiden Kanälen kombiniert. Der Kanal für das Wulst Emissionsspektrum ist in rot gezeigt, und die negative Kontrolle ist in grün dargestellt. Der rote Kreis zeigt die Injektionsstelle. Die Abstandsmessung von der Injektion bis zum IBZ ist angegeben with die rote Linie. (D) Short-Achse LGE-MRI; der Infarktbereich als hyper-intensive weißer Bereich gezeigt. (E) T2 * -gewichteten MRI; SPIO die Teilchen innerhalb der injizierten Substanz durch den roten Kreis angedeutet als das lokale Signal ungültig erkannt werden. (F) 3D - Visualisierung von Injektionsstellen (rot), Narbengewebe (weiß) und Myokard (grün) , wie in den Fluoreszenzbildern segmentiert. Der Pfeil zeigt die gleiche Injektion Stelle wie in C und E. In diesem Bild wird die gleiche Entfernungsmessung mit der roten Linie angezeigt. LV = linke Ventrikel, RV = Rechte Ventrikel. Der Maßstabsbalken entspricht 10 mm. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54974/54974fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54974/54974fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

Watch this Scientific Journal Video about 3D Whole-heart Myocardial Tissue Analysis at JoVE.com

3D Whole-heart Myocardial Tissue Analysis

Dieses Protokoll beschreibt ein neues Verfahren für den 3D-Vergleich von ganzem Herzen Herzmuskelgewebe mit MRI. Dies ist für die genaue Beurteilung der intramyokardialer Injektionen in der Infarktrandzone eines chronischen Schweinemodell eines Myokardinfarkts entworfen.

3D Whole-Herz Myocardial Gewebeanalyse

Cardiac regenerative therapies aim to protect and repair the injured heart in patients with ischemic heart disease. By injecting stem cells or other ...

3d-whole-heart-myocardial-tissue-analysis

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

8.7K Aufrufe.  University Medical Center Utrecht.  Dieses Protokoll beschreibt ein neues Verfahren für den 3D-Vergleich von ganzem Herzen Herzmuskelgewebe mit MRI. Dies ist für die genaue Beurteilung der intramyokardialer Injektionen in der Infarktrandzone eines chronischen Schweinemodell eines Myokardinfarkts entworfen. 

Serie: 3D Whole-heart Myocardial Tissue Analysis

Ultrasonic Assessment of Myocardial Microstructure

Echocardiography is a widely accessible imaging modality that is commonly used to noninvasively characterize and quantify changes in cardiac structure and function. Ultrasonic assessments of cardiac tissue can include analyses of backscatter signal intensity within a given region of interest. Previously established techniques have relied predominantly on the integrated or mean value of backscatter signal intensities, which may be susceptible to variability from aliased data from low frame rates and time delays for algorithms based on cyclic variation. Herein, we describe an ultrasound-based imaging algorithm that extends from previous methods, can be applied to a single image frame&#160;and accounts for the full distribution of signal intensity values derived from a given myocardial sample. When applied to representative mouse and human imaging data, the algorithm distinguishes between subjects with and without exposure to chronic afterload resistance. The algorithm offers an enhanced surrogate measure of myocardial microstructure and can be performed using open-access image analysis software.

Echocardiography is commonly used to noninvasively characterize and quantify changes in cardiac structure and function. We describe an ultrasound-based imaging algorithm that offers an enhanced surrogate measure of myocardial microstructure and can be performed using open-access image analysis software.

Ultraschall-Bewertung der myokarddialen Mikrostruktur

Echocardiography is a widely accessible imaging modality that is commonly used to noninvasively characterize and quantify changes in cardiac structure and ...

Forschung

Medizin

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that MicroCT provides quantitative high-resolution three-dimensional (3D) anatomical data non-destructively and longitudinally. Most importantly, with the development of a novel preclinical iodinated contrast agent called eXIA160, functional and metabolic assessment of the heart became possible. However, prior to the advent of commercial MicroCT scanners equipped with X-ray flat-panel detector technology and easy-to-use cardio-respiratory gating, preclinical studies of cardiovascular disease (CVD) in small animals required a MicroCT technologist with advanced skills, and thus were impractical for widespread implementation. The goal of this work is to provide a practical guide to the use of the high-speed Quantum FX MicroCT system for comprehensive determination of myocardial global and regional function along with assessment of myocardial perfusion, metabolism and viability in healthy mice and in a cardiac ischemia mouse model induced by permanent occlusion of the left anterior descending coronary artery (LAD).

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

This method outlines the use of Quantum Micro-Computed Tomography (MicroCT) to assess cardiac morphology, function, perfusion, metabolism and viability with iodinated contrast agent in mice with experimentally-induced myocardial ischemia. The technique can be applied for non-destructive high-throughput longitudinal in vivo imaging of various animal models of human heart disease.

In Vivo quantitative Bewertung der myokardialen Struktur, Funktion, Perfusion und Lebensfähigkeit Mit Herz Micro-Computertomographie

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that ...

Biotechnik

Capturing the Cardiac Injury Response of Targeted Cell Populations via Cleared Heart Three-Dimensional Imaging

Cardiovascular disease outranks all other causes of death and is responsible for a staggering 31% of mortalities worldwide. This disease manifests in cardiac injury, primarily in the form of an acute myocardial infarction. With little resilience following injury, the once healthy cardiac tissue will be replaced by fibrous, non-contractile scar tissue and often be a prelude to heart failure. To identify novel treatment options in regenerative medicine, research has focused on vertebrates with innate regenerative capabilities. One such model organism is the neonatal mouse, which responds to cardiac injury with robust myocardial regeneration. In order to induce an injury in the neonatal mouse that is clinically relevant, we have developed a surgery to occlude the left anterior descending artery (LAD), mirroring a myocardial infarction triggered by atherosclerosis in the human heart. When matched with the technology to track changes both within cardiomyocytes and non-myocyte populations, this model provides us with a platform to identify the mechanisms that guide heart regeneration. Gaining insight into changes in cardiac cell populations following injury once relied heavily on methods such as tissue sectioning and histological examination, which are limited to two-dimensional analysis and often damage the tissue in the process. Moreover, these methods lack the ability to trace changes in cell lineages, instead providing merely a snapshot of the injury response. Here, we describe how technologically advanced methods in lineage tracing models, whole organ clearing, and three-dimensional (3D) whole-mount microscopy can be used to elucidate mechanisms of cardiac repair. With our protocol for neonatal mouse myocardial infarction surgery, tissue clearing, and 3D whole organ imaging, the complex pathways that induce cardiomyocyte proliferation can be unraveled, revealing novel therapeutic targets for cardiac regeneration.

Cardiomyocyte proliferation following injury is a dynamic process that requires a symphony of extracellular cues from non-myocyte cell populations. Utilizing lineage tracing, passive CLARITY, and three-dimensional whole-mount confocal microscopy techniques, we can analyze the influence of a variety of cell types on cardiac repair and regeneration.

Erfassung der Herzverletzungsreaktion von gezielten Zellpopulationen über cleared Heart Three-Dimensional Imaging

Cardiovascular disease outranks all other causes of death and is responsible for a staggering 31% of mortalities worldwide. This disease manifests in ...

Entwicklungsbiologie

A Net Mold-based Method of Scaffold-free Three-Dimensional Cardiac Tissue Creation

This protocol describes a novel and easy net mold-based method to create three-dimensional (3-D) cardiac tissues without additional scaffold material. Human-induced pluripotent stem-cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs), human cardiac fibroblasts (HCFs), and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) are isolated and used to generate a cell suspension with 70% iPSC-CMs, 15% HCFs, and 15% HUVECs. They are co-cultured in an ultra-low attachment "hanging drop" system, which contains micropores for condensing hundreds of spheroids at one time. The cells aggregate and spontaneously form beating spheroids after 3 days of co-culture. The spheroids are harvested, seeded into a novel mold cavity, and cultured on a shaker in the incubator. The spheroids become a mature functional tissue approximately 7 days after seeding. The resultant multilayered tissues consist of fused spheroids with satisfactory structural integrity and synchronous beating behavior. This new method has promising potential as a reproducible and cost-effective method to create engineered tissues for the treatment of heart failure in the future.

This protocol describes a net mold-based method to create three-dimensional scaffold-free cardiac tissues with satisfactory structural integrity and synchronous beating behavior.

Eine Net Schimmel basierende Methode der dreidimensionalen Gerüst-freie Herzgewebe Schöpfung

This protocol describes a novel and easy net mold-based method to create three-dimensional (3-D) cardiac tissues without additional scaffold material. ...

Fabrication of 3D Cardiac Microtissue Arrays using Human iPSC-Derived Cardiomyocytes, Cardiac Fibroblasts, and Endothelial Cells

Generation of human cardiomyocytes (CMs), cardiac fibroblasts (CFs), and endothelial cells (ECs) from induced pluripotent stem cells (iPSCs) has provided a unique opportunity to study the complex interplay among different cardiovascular cell types that drives tissue development and disease. In the area of cardiac tissue models, several sophisticated three-dimensional (3D) approaches use induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) to mimic physiological relevance and native tissue environment with a combination of extracellular matrices and crosslinkers. However, these systems are complex to fabricate without microfabrication expertise and require several weeks to self-assemble. Most importantly, many of these systems lack vascular cells and cardiac fibroblasts that make up over 60% of the nonmyocytes in the human heart. Here we describe the derivation of all three cardiac cell types from iPSCs to fabricate cardiac microtissues. This facile replica molding technique allows cardiac microtissue culture in standard multi-well cell culture plates for several weeks. The platform allows user-defined control over microtissue sizes based on initial seeding density and requires less than 3 days for self-assembly to achieve observable cardiac microtissue contractions. Furthermore, the cardiac microtissues can be easily digested while maintaining high cell viability for single-cell interrogation with the use of flow cytometry and single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). We envision that this in vitro model of cardiac microtissues will help accelerate validation studies in drug discovery and disease modeling.

Here, we describe an easy-to-use methodology to generate 3D self-assembled cardiac microtissue arrays composed of pre-differentiated human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, cardiac fibroblasts, and endothelial cells. This user-friendly and low cell requiring technique to generate cardiac microtissues can be implemented for disease modeling and early stages of drug development.

Herstellung von 3D-Cardiac Microtissue Arrays unter Verwendung von humanen iPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten, kardialen Fibroblasten und Endothelzellen

Generation of human cardiomyocytes (CMs), cardiac fibroblasts (CFs), and endothelial cells (ECs) from induced pluripotent stem cells (iPSCs) has provided ...

Developing 3D Organized Human Cardiac Tissue within a Microfluidic Platform

The leading cause of death worldwide persists as cardiovascular disease (CVD). However, modeling the physiological and biological complexity of the heart muscle, the myocardium, is notoriously difficult to accomplish in vitro. Mainly, obstacles lie in the need for human cardiomyocytes (CMs) that are either adult or exhibit adult-like phenotypes and can successfully replicate the myocardium&#39;s cellular complexity and intricate 3D architecture. Unfortunately, due to ethical concerns and lack of available primary patient-derived human cardiac tissue, combined with the minimal proliferation of CMs, the sourcing of viable human CMs has been a limiting step for cardiac tissue engineering. To this end, most research has transitioned toward cardiac differentiation of human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) as the primary source of human CMs, resulting in the wide incorporation of hiPSC-CMs within in vitro assays for cardiac tissue modeling.
Here in this work, we demonstrate a protocol for developing a 3D mature stem cell-derived human cardiac tissue within a microfluidic device. We specifically explain and visually demonstrate the production of a 3D in vitro anisotropic cardiac tissue-on-a-chip model from hiPSC-derived CMs. We primarily describe a purification protocol to select for CMs, the co-culture of cells with a defined ratio via mixing CMs with human CFs (hCFs), and suspension of this co-culture within the collagen-based hydrogel. We further demonstrate the injection of the cell-laden hydrogel within our well-defined microfluidic device, embedded with staggered elliptical microposts that serve as surface topography to induce a high degree of alignment of the surrounding cells and the hydrogel matrix, mimicking the architecture of the native myocardium. We envision that the proposed 3D anisotropic cardiac tissue-on-chip model is suitable for fundamental biology studies, disease modeling, and, through its use as a screening tool, pharmaceutical testing.

The goal of this protocol is to explain and demonstrate the development of a three-dimensional (3D) microfluidic model of highly aligned human cardiac tissue, composed of stem cell-derived cardiomyocytes co-cultured with cardiac fibroblasts (CFs) within a biomimetic, collagen-based hydrogel, for applications in cardiac tissue engineering, drug screening, and disease modeling.

Entwicklung von 3D-organisiertem menschlichem Herzgewebe innerhalb einer mikrofluidischen Plattform

The leading cause of death worldwide persists as cardiovascular disease (CVD). However, modeling the physiological and biological complexity of the heart ...

Tissue Preparation Techniques for Contrast-Enhanced Micro Computed Tomography Imaging of Large Mammalian Cardiac Models with Chronic Disease

Structural remodeling is a common consequence of chronic pathological stresses imposed on the heart. Understanding the architectural and compositional properties of diseased tissue is critical to determine their interactions with arrhythmic behavior. Microscale tissue remodeling, below the clinical resolution, is emerging as an important source of lethal arrhythmia, with high prevalence in young adults. Challenges remain in obtaining high imaging contrast at sufficient microscale resolution for preclinical models, such as large mammalian whole hearts. Moreover, tissue composition-selective contrast enhancement for three-dimensional high-resolution imaging is still lacking. Non-destructive imaging using micro-computed tomography shows promise for high-resolution imaging. The objective was to alleviate sufferance from X-ray over attenuation in large biological samples. Hearts were extracted from healthy pigs (N = 2), and sheep (N = 2) with either induced chronic myocardial infarction and fibrotic scar formation or induced chronic atrial fibrillation. Excised hearts were perfused with: a saline solution supplemented with a calcium ion quenching agent and a vasodilator, ethanol in serial dehydration, and hexamethyldisilizane under vacuum. The latter reinforced the heart structure during air-drying for 1 week. Collagen-dominant tissue was selectively bound by an X-ray contrast-enhancing agent, phosphomolybdic acid. Tissue conformation was stable in air, permitting long-duration microcomputed tomography acquisitions to obtain high-resolution (isotropic 20.7 &#181;m) images. Optimal contrast agent loading by diffusion showed selective contrast enhancement of the epithelial layer and sub-endocardial Purkinje fibers in healthy pig ventricles. Atrial fibrillation (AF) hearts showed enhanced contrast accumulation in the posterior walls and appendages of the atria, attributed to greater collagen content. Myocardial infarction hearts showed increased contrast selectively in regions of cardiac fibrosis, which enabled the identification of interweaving surviving myocardial muscle fibers. Contrast-enhanced air-dried tissue preparations enabled microscale imaging of the intact large mammalian heart and selective contrast enhancement of underlying disease constituents.

Here, we present a protocol to obtain high resolution micro computed tomography images of healthy and pathological large mammalian whole hearts with collagen-selective contrast enhancement.

Gewebepräparationstechniken für die kontrastverstärkte Mikro-Computertomographie-Bildgebung von Herzmodellen großer Säugetiere mit chronischen Erkrankungen

Structural remodeling is a common consequence of chronic pathological stresses imposed on the heart. Understanding the architectural and compositional ...

Mesoscopic Optical Imaging of Whole Mouse Heart

Both genetic and non-genetic cardiac diseases can cause severe remodeling processes in the heart. Structural remodeling, such as collagen deposition (fibrosis) and cellular misalignment, can affect electrical conduction, introduce electromechanical dysfunctions and, eventually, lead to arrhythmia. Current predictive models of these functional alterations are based on non-integrated and low-resolution structural information. Placing this framework on a different order of magnitude is challenging due to the inefficacy of standard imaging methods in performing high-resolution imaging in massive tissue. In this work, we describe a methodological framework that allows imaging of whole mouse hearts with micrometric resolution. The achievement of this goal has required a technological effort where advances in tissue transformation and imaging methods have been combined. First, we describe an optimized CLARITY protocol capable of transforming an intact heart into a nanoporous, hydrogel-hybridized, lipid-free form that allows high transparency and deep staining. Then, a fluorescence light-sheet microscope able to rapidly acquire images of a mesoscopic field of view (mm-scale) with the micron-scale resolution is described. Following the mesoSPIM project, the conceived microscope allows the reconstruction of the whole mouse heart with micrometric resolution in a single tomographic scan. We believe that this methodological framework will allow clarifying the involvement of the cytoarchitecture disarray in the electrical dysfunctions and pave the way for a comprehensive model that considers both the functional and structural data, thus enabling a unified investigation of the structural causes that lead to electrical and mechanical alterations after the tissue remodeling.

We report a method for mesoscopic reconstruction of the whole mouse heart by combining new advancements in tissue transformation and staining with the development of an axially scanned light-sheet microscope.

Mesoskopische optische Bildgebung des ganzen Mausherzens

Both genetic and non-genetic cardiac diseases can cause severe remodeling processes in the heart. Structural remodeling, such as collagen deposition ...

Biologie

Mixed Reality Technology and Three-Dimensional Printing in Teaching: Heart Anatomy as an Example

Mixed reality technology and three-dimensional (3D) printing are becoming more and morecommon in the field of medicine. During the COVID-19 pandemic and immediately after the restrictions had beeneased, many innovations were implemented in the teaching of future doctors. There was also interest in immersive techniques and 3D printing technology in anatomy teaching. However, these are not common implementations. In 2023, 3D prints and holograms in mixed reality technology were prepared for classes focused on the structure of the heart. They were used to teach students, who, with the support of engineers, could learn about the detailed structure of the heart and familiarize themselves with the new technologies that support the traditional model of learning on human cadavers. Students findthis possibility to be highly valuable. The article presents the process of preparing materials for classes and further implementation possibilities. The authors see an opportunity for the development of the presented technologies in students'teaching at various levels of education and the justification for increasingly widespread implementation.

Here, we describe a protocol for constructing a heart model from scratch based on computed tomography and present it to medical students using three-dimensional (3D) printing and mixed reality technology to learn anatomy.

Mixed reality technology and three-dimensional (3D) printing are becoming more and morecommon in the field of medicine. During the COVID-19 pandemic and ...

Umfassende 3D-Analyse menschlicher Herzen von der Mikro- bis zur Makroskala

Pipeline for Multi-Scale Three-Dimensional Anatomic Study of the Human Heart

Detailed study of non-failing human hearts rejected for transplantation provides a unique opportunity to perform structural analyses across microscopic and macroscopic scales. These techniques include tissue clearing (modified immunolabeling-enabled three-dimensional (3D) imaging of solvent-cleared organs) and immunohistochemical staining. Mesoscopic examination procedures include stereoscopic dissection and micro-computed tomographic (CT) scanning. Macroscopic examination procedures include gross dissection, photography (including anaglyphs and photogrammetry), CT, and 3D printing of the physically or virtually dissected or whole heart. Before macroscopic examination, pressure-perfusion fixation may be performed to maintain the 3D architecture and physiologically relevant morphology of the heart. The application of these techniques in combination to study the human heart is unique and crucial in understanding the relationship between distinct anatomic features such as coronary vasculature and myocardial innervation in the context of the 3D architecture of the heart. This protocol describes the methodologies in detail and includes representative results&#160;to illustrate progress in the research of human cardiac anatomy.

Autor im Rampenlicht: Weiterentwicklung der menschlichen Herzanatomie durch Multiskalenanalyse von Herzen

This protocol presents a comprehensive pipeline to analyze samples obtained from human hearts that span the microscopic and macroscopic scales.

Pipeline für dreidimensionale multidimensionale anatomische Untersuchung des menschlichen Herzens

Detailed study of non-failing human hearts rejected for transplantation provides a unique opportunity to perform structural analyses across microscopic ...